Remoción del disruptor endócrino nonilfenol polietoxilado de aguas residuales empleando sistemas combinados (biológicos y fisicoquímicos)

• Autores: Arturi, Tatiana Sonia
• Año de publicación: 2018
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Contreras, Edgardo; Zaritzky, Noemí Elisabet; Curutchet, Gustavo; Sambeth, Jorge Enrique; González, Jorge Froilán
• Materia: Ingeniería; tratamiento de aguas residuales; contaminantes emergentes; tratamiento combinado
• Institución: Universidad Nacional de La Plata

El agua es un recurso natural escaso e indispensable para la vida humana y el desarrollo sostenible. Muchas de las actividades humanas contribuyen al deterioro del medio ambiente debido a la gran variedad de residuos vertidos en los cuerpos de agua. Algunas de estas sustancias son persistentes y causan serios efectos en la salud durante largo período de tiempo, como ocurre con los disruptores endócrinos (DEs). Los DEs son sustancias exógenas o mezclas que alteran las funciones del sistema endócrino y consecuentemente causa efectos adversos a la salud en un individuo, en su descendencia o en parte de la población, como el deterioro en la capacidad reproductiva, alteraciones en el desarrollo de los órganos genitales, mayor frecuencia de la endometriosis y el cáncer en los órganos que dependen de las hormonas, como es el caso de la mama, de la próstata, del testículo y del ovario. Dentro de la familia de DEs se encuentran los Nonilfenoles polietoxilados (NPEOx), surfactantes no iónicos perteneciente al grupo de los Alquilfenoles Polietoxilados, ampliamente utilizado en varias aplicaciones industriales, tales como el procesamiento de textiles y cueros, industria del papel, la formulación de pesticidas, pinturas y limpiadores. Los NPEOx comerciales son mezclas polidispersas compuestas por una distribución normal de oligómeros del Nonilfenol con un número promedio de unidades de óxido de etileno o unidades etoxiladas (x). Las plantas de tratamiento de aguas residuales urbanas e industriales convencionales tienen una capacidad limitada en cuanto a la eliminación de DEs. Estos sistemas se componen de un pretratamiento, tratamiento primario y de un sistema de tratamiento secundario o reactor biológico y son diseñadas para la eliminación de parámetros contaminantes tales como DBO, DQO, sólidos suspendidos o nutrientes. En consecuencia, los residuos de DEs ingresan al ecosistema acuático a través de efluentes de plantas de tratamiento de aguas residuales por lo que es necesario contemplar la combinación de varios procesos de tratamiento para su remoción. En este trabajo de tesis se estudió la remoción de tres mezclas comerciales de NPEOx con x= 5, 9 y 12 denominadas NPEOav5, NPEOav9 y NPEOav12, respectivamente del agua residual por combinación de los procesos de oxidación biológica en reactores de barros activados y procesos fisicoquímicos de adsorción, a fin de conseguir la completa eliminación de este contaminante. Cada una de estas mezclas comerciales estaba constituida por una distribución normal de oligómeros (NPEOi), donde el oligómero con unidades etoxiladas igual al promedio de la mezcla era el mayoritario (NPEO5, NPEO9 y NPEO12). Para la determinación cuantitativa de los oligómeros presentes en las muestras se desarrolló un método de HPLC-UV. El método permitió una separación parcial de los oligómeros usando una columna C8 y fase móvil AcN/H20 en el modo isocrático. Comprobando que muestras de mezclas comerciales ensayados concordaban con la distribución de Poisson y que la absorción molar de cada NPEOi no dependía del numero de unidades etoxiladas (i) se estableció una metodología para la determinación de la distribución del tamaño molecular de NPEOi en muestras con una distribución desconocida. La metodologia propuesta se comprobó utilizando mezclas comerciales preparadas y en todos los casos el error absoluto fue de menos de 5% de la concentración real. Durante el tratamiento biológico de barros activados no se observó la total eliminación o mineralización del NPEOx; se estableció que el mecanismo de biodegradacion era a traves de acortamiento secuencial de la cadena de etoxilos, los cuales eran la verdadera fuente de carbóno para el crecimiento bacteriano, seguido de la adsorción de los NPEOx de cadena corta a la biomasa. Se observó una eficiencia de remoción de los oligómeros con i  5 cercana al 100%, mientras que los NPEOi de cadena corta generados por despolimerización se acumulaban sobre la biomasa, principalmente como NPEO2 (57%), NPEO3 (22%) y NPEO4 (11%). Este mecanismo de degradacion conduce a la acumulación de productos degradacion más lipofilicos y persistentes que los que le dieron origen. Se estudió el proceso de aclimatación del consorcio microbiano para utilizar NPEOx como única fuente de carbóno partiendo de inóculos de distinta procedencia y se analizaron las comunidades bacterianas implicadas en la biodegradación. La técnica de respirometría intermitente permitió determinar la velocidad de consumo de oxígeno como indicador de la actividad de microorganismos aerobios y el modelado matemático de la cinética de biodegradacion, ensayando diferentes concentraciones iniciales del contaminante, permitió predecir el comportamiento del consorcio microbiano. Los resultados indicaron la existencia de un efecto tóxico para la biomasa que metabolizaba NPEOx Por otro lado, se estudió la capacidad del carbón activado y del lignito, como una alternativa de adsorbente económico, para remover NPEOx. Se realizaron mediciones de la tensión superficial de mezclas de NPEOav5, NPEOav9 y NPEOav12 para determinar el área por molécula y la concentración micelar critica (CMC) de cada surfactante. Para caracterizar los adsorbentes se determinaron las isotermas de adsorción y desorción, medición de porosidad y área superficial empleando el método BET; se determinó la distribución de tamaño de partículas por dispersión de luz dinámica (DLS) y por microscopía electrónica de barrido (SEM), además se realizaron análisis por espectroscopia Infrarroja (FT-IR) y medidas del potencial Z para el estudio de las interacciones absorbato-absorbente. El estudio del proceso de adsorción incluyó la determinación de las concentraciones residuales de NPEOx y los oligómeros individuales por HPLC de las soluciones de sobrenadante a distintos intervalos de tiempo, el estudio de las cinéticas de adsorción y de las isotermas de adsorción. Asimismo, se realizó el tratamiento a diferentes temperaturas para la determinación de los parámetros termodinámicos Como la adsorción resultó más favorable para NPEOx de cadena corta, el tratamiento por adsorción con carbones se propuso como un sistema complementario o tratamiento terciario adecuado para la remoción de NPEOx de aguas residuales. Se analizó entonces, el proceso de adsorción con carbones como un tratamiento terciario, posterior al tratamiento biológico, a partir del cual se obtuvo una remoción completa del contaminante, incluso con el adsorbente más económico (Lignito) con la ventaja que no se detectó el oligómero de cadena corta al finalizar el tratamiento por adsorción. Finalmente, se estudió el tratamiento combinado en una sola etapa en la que se agregó carbón activado o lignito en polvo al sistema biológico de tratamiento aeróbico que logró la remoción completa del NPEOx. El barro activado del tratamiento combinado en una sola etapa mostró buenas características de compactación y de sedimentación y produjo un consorcio microbiano estable frente a la adición del contaminante. La mezcla de carbones con la biomasa en el tratamiento potenció la actividad de los microorganismos, favoreciendo una mejora en la eficiencia de la eliminación de NPEOx. Por lo tanto, se observó un efecto sinérgico entre la adsorción con carbones y la biodegradación y esta interacción permitió un tratamiento más eficaz de las aguas residuales contaminadas con NPEOx
Doctor en Ingeniería
Universidad Nacional de La Plata
Facultad de Ingeniería